某重力式旋流沉淀池的設計

（攀枝花攀鋼集團設計研究院有限公司，四川 攀枝花 617023）

某重力式旋流沉淀池的設計

張成軍

（攀枝花攀鋼集團設計研究院有限公司，四川 攀枝花 617023）

在連鑄廠、軋鋼廠的部分工序中，伴隨大量氧化鐵皮的產生。為去除氧化鐵皮，一般可采用一次沉淀池、二次沉淀池或旋流池作為處理設施。與一次沉淀池、二次沉淀池相比，旋流池具有清渣方便、沉淀效率高的優勢。本文主要闡述了下旋式旋流池的設計計算的工程實例，以及在長期的設計工作中的一些經驗總結及思考。

旋流池；重力式；外旋式；下旋式；設計計算；設計總結

1 工程概況

某鋼軌廠建設1條重軌生產線，線上設置1臺U1軋機、R1軋機、1臺UF萬能軋機機，生產線沿線產生部分氧化鐵皮（重型鋼軌在軋制過程中產生）。綜合考慮工藝布局、總圖布置及投資等因素后，設計采用重力式旋流沉淀池對氧化鐵皮進行收集及去除。

2 旋流池形式的選擇

處理軋鋼廠含氧化鐵皮廢水，一般采用一次、二次沉淀池或重力式旋流沉淀池。通常，重力式旋流沉淀池與一次、二次沉淀池相比，具有節省占地面積、方便清渣、投資省及氧化鐵皮去除率高（一次沉淀池為80%、二次鐵皮沉淀池沉淀效果好壞與投資成正比，旋流沉淀池為95%～98%）的優點。重力式旋流池共有3種形式：下旋式旋流池、外旋式旋流池及帶斜管除油旋流沉淀池，常用形式為前兩種。按進水位置可分為中心筒進水和外旋式進水。常用的兩種旋流池的優缺點比較見表1。

表1 重力旋流池常用形式優缺點比較表

因本工程水量較小、地形緊張，最終選擇下旋式旋流池的結構形式。

3 旋流池設計計算

3.1 內環中心筒直徑計算

根據抓斗形式進行池徑校核。本次選用抓斗為XCZ5型，最大張開寬度為1470mm。設計手冊中規定：根據選用抓斗的最大張開寬度加1.0m余量設計中心筒直徑。因此，為保證抓斗的正常工作，中心筒直徑應≮2.47m。綜合考慮抓渣時水流旋轉的因素，中心筒直徑選用4.0m。

3.2 外環直徑計算

UR/E軋機及UF軋機濁環水用水量共260m3/h，每臺軋機處設置沖氧化鐵皮用水30m3/h，總用水量共320m3/h。

一般旋流池單位面積表面負荷≤40m3/（m2·h），選擇表面負荷15m3/（m2·h）。去除氧化鐵皮主要靠外環沉淀區，根據公式計算其面積：

A=Q/qψ

式中：Q——沉淀池處理水量，取值320m3/h；

q——采用的單位面積表面負荷，取值15m3/（m2·h）；

ψ——布水不均勻系數，一般為0.7。

經計算，外環沉淀區面積為320÷15÷0.7=30.47m2。

內環直徑4.0m，外環沉淀區為1圓環，設R為外環半徑，內環與外環間墻厚按0.3m，其半徑為：

π（R2-4.32）≮30.47m2→外環半徑R≮3.87m。

根據現場地形，考慮方便水泵安裝及部分安全余量，外環直徑采用8.5m。

3.3 池深計算

旋流池池深計算公式如下：H=h1+h2+h3+h4+h5式中：h1——水流部分高度，一般為1.0～3.0m，本次取值2.0m；

h2——中間層高度，約0.50m；

h3——沉渣部分高度，一般按鋼板車間、大型車間2.5m、小型車間2.0m，本次取值2.0m；

h4——地面以上保護高度，取1.0m；

h5——沉淀池水面到車間地坪的距離，根據軋機距池距離及軋機排水點本身標高確定，為10.89m。

代入各值，計算得池深為≮16.69m，設計取值17.0m（地面下-16.0m）。

3.4 氧化鐵皮量

根據工藝專業提供的設計資料，濁環水系統氧化鐵皮含量為250g/m3。旋流池的沉淀效率約為95%～98%，取值95%，經計算每日氧化鐵皮量約為G=24h×260m3/h×250g/m3×95%=1083kg；氧化鐵皮濕容重2.3～2.5t/m3，取值2.3t/m3，計算得每日渣體積約為0.47m3。本次選用抓斗為XCZ5型，容積為0.5m3，每天需抓渣1次。

3.5 水泵選型

水泵選用專用氧化鐵皮泵，其參數為：Q=320m3/h，H=49m，N=75kW，V=380V，軸長4600mm（即泵過濾網底部至泵底板下表面長度），海拔高度1102.0m，防護等級IP54，溫升B級，絕緣F級。水泵選擇的依據：系統處理水量、水泵特性曲線、管道特性曲線、旋流池吸水深度、流體比重與組成。

4 吊車的選型

吊車選用QZ-5型（帶5t吊鉤），根據場地地形情況，吊車跨度采用13.5m；抓斗起重量為5t，抓斗起升高度為24m（帶齒重型抓斗容積為0.5m3，氧化鐵皮堆密度2.3t/m3，經計算吊鉤起重量5t），吊鉤起升高度18m，吊車梁距地面12.0m；整機地面操作、露天使用。吊車選用的依據：每次抓渣重量、旋流池深度、翻斗汽車車廂頂高度、抓斗張開時距車廂頂高度、吊車自軌頂至吊鉤高度、需起重的設備的最大重量及尺寸、抓斗容積及自重、翻斗汽車斗長、吊車極限。

5 溜槽設計計算（圖1）

選擇圓底矩形流槽，坡度按0.003，材質選用鑄石板（n=0.012）。

查《鋼鐵工業給水排水設計手冊》中表10～31，本次軋機均屬于大型軋機，流速選用2.5～3.0m/s。采用試算法計算溝的尺寸，查《鋼鐵工業給水排水設計手冊》中表10～34，坡度為0.03、流量Q=260m3/h時，選用B=300mm的流槽，v=2.0m/s，充滿度h/B=0.65。得出水深h=260mm，充滿度和水深滿足要求。查《鋼鐵工業給水排水設計手冊》中表1032，超高選擇200mm，最終流槽設計寬度B=400mm，深度500mm。

圖1

6 結語

（1）應根據生產線的工藝布局、濁環用水量、水質、濁環水處理工藝、總平面布置、日常運行管理、方便施工、控制投資等因素，因勢利導的進行設計工作。（2）合理選擇旋流池形式，在滿足出水水質要求下，盡可能做到投資省、運行管理方便。（3）在本次設計工作之前，通過考察一些旋流池實例，充分考慮了抓渣及清渣難的問題。為解決清渣難的問題，考慮了如下措施：①取消了斜板，解決了斜板積渣的問題；②適當增加了中心筒直徑，盡可能避免了因水流旋，抓斗隨之旋轉轉抓渣難的問題；③水泵吸水環內設置了沖洗管，吸水環開設4個DN150孔，間歇沖洗避免吸水環積渣，減少清渣工作量。（4）應仔細計算、充分考慮水泵的選型，避免造成水泵軸長選擇不當等問題。（5）其他配套專業的問題：水泵房深度超過5m應設置強制通風、電纜的敷設、水泵吊裝孔設置應充分考慮防雨。

（1）王芴曹主編.鋼鐵工業給水排水設計手冊.北京：冶金工業出版社，2002.

（2）王鵬慶,李萬坤.八鋼棒材濁循環水處理重力旋流沉淀池的設計.新疆鋼鐵，2005,3.

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